X—射线衍射分析基础及应用..ppt

X—射线衍射分析基础及应用 主要参考书 1. 藤凤恩，X射线结构分析与材料性能表征，科学出版社，1997。 2. 张建中，晶体的射线衍射基础，南京大学出版社，1992。 3. 黄胜涛，固体X射线学，高等教育出版社，1990。 4. 周玉，材料分析测试技术，哈尔滨工业大学出版社，1998。 5. 梁栋材，X射线晶体学基础，科学出版社，1991。 6. 肖序刚，晶体结构几何理论，高等教育出版社，1993。 7. 李树棠， X射线衍射实验方法，冶金工业出版社，1993。 8. 余焜, 材料结构分析基础，科学出版社，2000。 9. 梁敬魁，粉末衍射法测定晶体结构，科学出版社，2003。 §1. X射线的基本性质 §1.1 X射线的产生§1.2 X射线的本质和X射线谱§1.3 X射线与物质的作用 引言 X射线是1895年德国物理学家伦琴在研究阴极射线时发现的。由于当时对它的本质还不了解，故称为X射线。后来，为了纪念这一重大发现，人们也把它称为伦琴射线。 人的肉眼是看不见X射线的，但它确能使铂氰化钡等物质发出可见的荧光，使照相底片感光，使气体电离。利用这些特性人们可以间接地发现它的存在。 §1.1 X射线的产生 一、X光管 二、 焦点与有效焦点 通常取用X光束时要与靶表面成一定的角度，一般此角记为?，?＝3°～6°。焦点在取用方向的法平面上的投影，与焦点的实际尺寸不同，称此投影为有效焦点。图1－4表示出，如果沿长方形焦点的长轴方向取用X光，当?＝6°时，有效焦点则为1×1mm2的正方形，称此为点焦；如果沿它的短轴方向取用，则成为0.1×10 mm2的长方形，称此为线焦。有效焦点的尺寸和形状实际上影响着衍射图样的分辨率。普通X光管的点、线焦点转换只需转90°即可。 §1.2 X射线的本质和X射线谱 一、 X射线的本质 X射线是波长10—3～10nm之间的电磁波，如图所示。一般衍射工作中使用的波长在0.05～0.25nm左右。 X光光子能量 式中 h：普朗克常数 值为6.625×10-34J·s-1 υ：X射线频率（s-1） c：X射线的速度 值为2.998×108m·s-1 λ：短波线(nm) 二、 X射线谱 X 射线强度I随波长λ而变化的关系曲线称为X射线谱。 1.X射线连续谱 当X光管中高速运动的电子射到阳极表面时，它的运动突然受到阻止，使其周围的电磁场发生急剧变化，从而产生电磁波。由于大批电子射到阳极上的时间不同，因此，所产生的电磁波具有各种不同的波长，形成了X射线的连续谱。 连续X射线谱具有如下的规律和特点： （1）、当增加X射线管压时，各波长射线的相对强度一致增高，最大强度波长λm和短波限λ0变小。 （2）、当管压保持不变，增加管流时，各种波长的X射线相对强度一致增高， 但λm和λ0数值大小不变。 （3）、当改变阳极靶元素时，各种波长的相对强度随元素的原子序数的增加而增加。 2.X射线特征谱 当管电压超过某一临界值K激发电压时（如对鉬靶超过20千伏），强度分布曲线I（λ）将产生显著的变化，即在连续X射线谱某几个特定波长的地方，强度突然显著地增大。由于它们的波长反映了靶材料的特征，因此称之为特征X射线，并由它们构成了特征X射线谱。 特征X射线的产生可以从原子结构的观点得到解释。 特征X射线的相对强度是由各能级间的跃迁几率决定的，另外还与跃迁前原来壳层上的电子数多少有关。 特征X射线产生的根本原因是原子内层电子的跃迁 下图中两个强度特别高的窄峰称为钼的K系X射线，波长为0.63埃的是Kβ射线，波长为0.71埃的是Kα射线。Kα线又可细分为Kα1和Kα2两条线，其波长相差约为0.004埃，Kα1和 Kα2射线的强度比约为2比1。而Kα与Kβ的强度比约为5比1。 当继续提高管电压时，图1－7中各特征X射线的强度不断增高，但其波长不变。我们通常的晶体衍射分析都是用Kα特征X射线谱，而把Kβ谱滤掉。 §1.3 X射线与物质的作用 当X射线照射到物体上时，一部分光子由于和原子碰撞而改变了前进的方向，造成散射线，另一部子可能被原子吸收，产生光电效应，再有部分光子的能量可能在与原子碰撞过程中传递给了原子，成为热振动能量。 一、 相干散射 能量没有损失，波长不变化。 二、? 非相干散射 损失部分能量，波长变长。 三、 二次特征辐射（荧光辐射） 二次电子、荧光X射线、俄歇电子。 四、 X射线的衰减规律 当X射线穿过物质时，由于受到散射，光电效应等的影响，强度会减弱，这种现象称为X射线的衰减。